室內(nèi)環(huán)境下基于虛擬傳感器的波達(dá)時間toa定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于室內(nèi)無線定位領(lǐng)域，室內(nèi)環(huán)境下基于虛擬傳感器的波達(dá)時間（T0A)定 位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于計算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，情境感知服務(wù)正在由夢想變成 現(xiàn)實。實現(xiàn)該服務(wù)的關(guān)鍵是讓智能系統(tǒng)了解服務(wù)對象所處的環(huán)境，進(jìn)而對其提供相應(yīng)的智 能服務(wù)，而服務(wù)對象的位置信息是最重要的環(huán)境參數(shù)之一，而該種位置信息不僅包括室外 的位置而且還有室內(nèi)的。而在室內(nèi)環(huán)境下對于不同的建筑物而言，室內(nèi)布置，材料結(jié)構(gòu)，建 筑物尺度的不同導(dǎo)致了信號的路徑損耗很大，與此同時，建筑物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)會引起信號的 反射，繞射，折射和透射，形成多徑（Multipath)W及非視距（Non-Line-of-Si曲t化0巧現(xiàn) 象，使得接收信號的幅度，相位和到達(dá)時間發(fā)生變化，造成信號的損失，導(dǎo)致傳統(tǒng)的室外無 線定位算法在室內(nèi)應(yīng)用時精度急劇下降。
[0003] 對于W上問題，解決的方法大致有兩類；一類是統(tǒng)計方法。針對非視距和多徑引 起的誤差進(jìn)行建模，用某種統(tǒng)計特征來描述誤差，但是該種方法的缺點是需要誤差分布模 型已知；還有一類是幾何方法。主要是利用無線信號的傳播特性，將其看做射線，通過分析 信號在具體環(huán)境下的傳播路徑來抑制非視距和多徑誤差。比如利用冗余的T0A估計，通過 大量的非視距和視距的混合估計來減輕單一非視距的影響；或者利用雙向T0A和波達(dá)角度 (A0A)估計來判斷視距和非視距情況，舍去多重散射，但是收發(fā)雙方均需要天線陣列，硬件 較為復(fù)雜。盡管虛擬傳感器方法已經(jīng)被使用過，但是之前的方法只考慮了墻面的反射，而忽 略了其他障礙物的反射W及繞射情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于虛擬傳感器的波達(dá)時 間（TimeofArrival,T0A)室內(nèi)定位方法，減少非視距和多徑造成的誤差，提高室內(nèi)無線定 位的精度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種室內(nèi)環(huán)境下基于虛擬傳感器的波達(dá)時間T0A定位方法， 其特征在于包括W下步驟：
[0006] 步驟1，設(shè)在二維室內(nèi)環(huán)境中有N個障礙物，其中第j個障礙物用直線AA.表示， 用斜截式的直線方程表示為：
[0007]
【主權(quán)項】
1. 一種室內(nèi)環(huán)境下基于虛擬傳感器的波達(dá)時間TOA定位方法，包括以下步驟： 步驟1，設(shè)在二維室內(nèi)環(huán)境中有N個障礙物，其中第j個障礙物用直線表示，用斜 截式的直線方程表示為：
其中，nij表示斜率，aj表示y軸截距； 步驟2,在室內(nèi)環(huán)境中部署M個實體傳感器，其中第i個實體傳感器坐標(biāo)為Xi= [Xi，yi]T，待定位的未知目標(biāo)的坐標(biāo)設(shè)定為Xt=[xt，yt]T，接收信號第一個可探測到的波峰的到達(dá) 時間為第一條可探測信號路徑FDP的T0A值，定義為t，因此，測量到的信號路徑FDP的長 度 < 表示為：
其中c為波速，lFDPiS無誤差的實際FDP的長度，ni代表測量誤差，服從均值為0,方差 為〇 /的正態(tài)分布； 步驟3,對第i個實體傳感器建立&個虛擬傳感器，有Ki$N，其中，第ki個虛擬傳感 器坐標(biāo)定義為Xf=[xf，jf；T，在室內(nèi)環(huán)境下，虛擬傳感器到目標(biāo)的距離為，其中，Pi = 1，2, 3分別表示直射、反射和繞射，規(guī)定接收信號最多經(jīng)歷一次反射或繞射，以下步驟4至 步驟6分別為直射、反射和繞射這三種情況下的虛擬基站的設(shè)立方法； 步驟4,當(dāng)FDP是直射或透射路徑時測量到的路徑長度就是直射路徑的長度：
在實體傳感器的位置設(shè)立虛擬傳感器X，有虛擬路徑長度G等于LII?I|2表示2范 數(shù)； 步驟5,當(dāng)FDP是反射信號時，將虛擬傳感器設(shè)置在實體傳感器\關(guān)于直線A的對稱 點處，其位置表示為：
反射信號測到的路徑長度相當(dāng)于信號在虛擬傳感器和目標(biāo)之間的直射路徑的距離，!FDPi表^^為：
虛擬路徑長度6等于I 步驟6,當(dāng)FDP為繞射路徑時，繞射點為第j個障礙物的頂點~，則整個路徑分為兩部 分：一部分是實體傳感器到繞射點，另一部分是繞射點到目標(biāo)，即：
CN104812063A _權(quán)利要求書_ _2/2頁 其中|xf-X, |2從已知的室內(nèi)布局圖中得到， 將虛擬基站設(shè)置在點~處，虛擬路徑長度表示為：
步驟7,按照步驟4~6,從j= 1開始直至j=N，對所有障礙物逐一分析，建立第i個實體傳感器所對應(yīng)的虛擬傳感器組，并得到每一個虛擬傳感器到未知目標(biāo)的虛擬路徑長 度； 步驟8,從i= 1開始直至i=M，對所有實體傳感器逐一分析，針對每一個實體傳感器 所對應(yīng)的一個虛擬傳感器組，這樣，得到了全部M個實體傳感器所對應(yīng)的虛擬傳感器組； 步驟9,從每個實際傳感器所對應(yīng)的虛擬傳感器組中均任意選出一個虛擬傳感器，首先 估計一個可能的目標(biāo)位置坐標(biāo)；依此類推，得出所有可能的&XK2X…XKM個坐 標(biāo)； 步驟10,對得到的坐標(biāo)點進(jìn)行篩選，如果選取的虛擬傳感器是為反射建立的，需要滿足 反射發(fā)生的條件，即路徑長度需要大于實體傳感器到反射點P之間的距離，表示為：
其中P點是與xf的交點，其位置坐標(biāo)通過對上述兩條直線相交求交點的 方法計算出來； 如果選取的虛擬傳感器是為繞射建立的，需要滿足繞射發(fā)生的條件，即路徑長度需要 大于實體傳感器到繞射點之間的距離，表示為：
步驟11，選取滿足下式的點作為最終的位置估計結(jié)果，即：
【專利摘要】本發(fā)明屬于室內(nèi)無線定位領(lǐng)域，涉及一種室內(nèi)環(huán)境下基于虛擬傳感器的波達(dá)時間TOA定位方法，包括：在室內(nèi)環(huán)境中部署多個實體傳感器；對每個實體傳感器建立虛擬傳感器；對所有障礙物逐一分析，建立第i個實體傳感器所對應(yīng)的虛擬傳感器組，并得到每一個虛擬傳感器到未知目標(biāo)的虛擬路徑長度；得到全部M個實體傳感器所對應(yīng)的虛擬傳感器組；從每個實際傳感器所對應(yīng)的虛擬傳感器組中均任意選出一個虛擬傳感器，估計所有可能的坐標(biāo)；對得到的坐標(biāo)點進(jìn)行篩選，選取最終的位置估計。本發(fā)明相比傳統(tǒng)的室內(nèi)TOA定位算法，在室內(nèi)非視距和多徑環(huán)境中，具有更高的定位精度。
【IPC分類】H04W64-00
【公開號】CN104812063
【申請?zhí)枴緾N201510163469
【發(fā)明人】于潔瀟, 劉開華, 劉德亮
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月8日